太空貨運(yùn)開(kāi)啟“高鐵時(shí)代”，你的太空之旅還會(huì)遠(yuǎn)嗎？

2022年11月12日10時(shí)03分，在海南文昌海岸，伴隨著點(diǎn)火后的一縷白煙，長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭托舉天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船****升空，為空間站的宇航員們送去一份約6噸的“快遞包裹”。這也是中國(guó)空間站建成前的最后一艘“貨船”。

****約10分鐘后，船箭成功分離并進(jìn)入預(yù)定軌道。隨后，僅用2個(gè)小時(shí)，天舟五號(hào)便實(shí)現(xiàn)了與空間站天和核心艙后向?qū)涌诘捻樌麑?duì)接，創(chuàng)造了航天器最快交會(huì)對(duì)接的世界紀(jì)錄。而在此前的2017年9月12日，我國(guó)利用天舟一號(hào)開(kāi)展與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室快速交會(huì)對(duì)接在軌試驗(yàn)用了6.5小時(shí)，成為當(dāng)時(shí)世界上第3個(gè)掌握近地快速交會(huì)對(duì)接的國(guó)家。從6.5小時(shí)到2小時(shí)，天舟五號(hào)實(shí)現(xiàn)了“太空貨運(yùn)專列”到“太空貨運(yùn)高鐵”的華麗升級(jí)。圖源：中國(guó)載人航天工程網(wǎng)

2小時(shí)“中國(guó)速度”背后

天舟五號(hào)為全密封貨運(yùn)飛船，是世界現(xiàn)役貨物運(yùn)輸能力最大、在軌支持能力最全面的貨運(yùn)飛船，此次它裝載了神舟十五號(hào)3名航天員6個(gè)月的在軌駐留消耗品、推進(jìn)劑、應(yīng)用實(shí)（試）驗(yàn)裝置等物資，還搭載了“澳門學(xué)生科普衛(wèi)星一號(hào)”、宇航用氫氧燃料電池、空間寬能譜高能粒子探測(cè)載荷等試驗(yàn)項(xiàng)目，并且?guī)Я艘幻禖AS-10“希望4號(hào)”（XW-4）立方衛(wèi)星到空間站，預(yù)計(jì)將在12月初釋放到預(yù)定軌道。本次任務(wù)是中國(guó)航天器首次具備2小時(shí)自主快速交會(huì)對(duì)接能力，創(chuàng)造了世界最快交會(huì)對(duì)接紀(jì)錄。所謂交會(huì)對(duì)接是指兩個(gè)航天器在空間軌道上會(huì)合并連接成一個(gè)整體的技術(shù)，類似于我們?cè)诘孛嫔蠈蓧K積木插在一起，可是在太空里插積木并不容易。對(duì)接時(shí)，需要兩個(gè)航天器通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣來(lái)改變航天器的運(yùn)動(dòng)速度大小或方向，從而變換軌道，到達(dá)同一軌道上。快速交會(huì)對(duì)接并不是航天器的飛行速度變快了，而是軌道控制的流程變短了。此前，“天舟二號(hào)”到“天舟四號(hào)”貨運(yùn)飛船都需要經(jīng)歷6次變軌，然后到達(dá)離空間站大概50公里左右的瞄準(zhǔn)點(diǎn)。接下來(lái)，它們逐漸逼近，不斷地確認(rèn)位置關(guān)系，調(diào)整姿態(tài)和速度，最終追上目標(biāo)飛行器完成對(duì)接。對(duì)比之下，天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船只需要經(jīng)過(guò)2次變軌便可輕松完成這一過(guò)程。天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船的對(duì)接目標(biāo)達(dá)80噸量級(jí)，這也是中國(guó)首次在空間站有人駐留的情況下實(shí)施貨運(yùn)飛船快速交會(huì)對(duì)接。萬(wàn)一遇到故障情況，航天員有能力遙控操作貨運(yùn)飛船對(duì)接，提高了對(duì)接的可靠性。圖源：中國(guó)載人航天工程網(wǎng)隨著天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船運(yùn)來(lái)的物資抵達(dá)太空站，提供足夠的保障，神舟十五號(hào)載人飛船也將****，3位航天員將與目前正在浩瀚太空“出差”的神舟十四號(hào)航天員實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”。屆時(shí)，中國(guó)空間站將首次實(shí)現(xiàn)6名中國(guó)航天員在軌駐留，迎來(lái)“滿員”。至此，中國(guó)太空交會(huì)對(duì)接技術(shù)從最初44小時(shí)縮短到2小時(shí)，而航天員駐留的時(shí)間則從13天增加到6個(gè)月，這也意味著中國(guó)航天又一次開(kāi)啟新的征程。

全球航空航天加速度

中國(guó)又一次取得矚目成就的背后，是全球航天航空產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展?？v覽全球，航天航空經(jīng)濟(jì)已成為一國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，與之相伴隨的，更多的商業(yè)組織參與到這個(gè)領(lǐng)域來(lái)，推動(dòng)航天航空進(jìn)入新征程。我國(guó)國(guó)務(wù)院于2014年出臺(tái)了《關(guān)于創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域投融資機(jī)制鼓勵(lì)社會(huì)投資的指導(dǎo)意見(jiàn)》，首次提出鼓勵(lì)民間資本參與國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；鼓勵(lì)民間資本研制、****和運(yùn)營(yíng)商業(yè)遙感衛(wèi)星，提供市場(chǎng)化、專業(yè)化服務(wù)；引導(dǎo)民間資本參與衛(wèi)星導(dǎo)航地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。政策帶動(dòng)下，我國(guó)商業(yè)航天事業(yè)也隨之發(fā)展，到目前為止已形成初步生態(tài)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，已注冊(cè)商業(yè)航天相關(guān)企業(yè)數(shù)量已有200家左右。海外商業(yè)航天也在如火如荼展開(kāi)。其中，美國(guó)商人馬斯克創(chuàng)立的SpaceX無(wú)疑最具代表性。值得關(guān)注的是，在包括SpaceX在內(nèi)的美國(guó)商業(yè)公司的帶動(dòng)下，一場(chǎng)名為“太空旅游”的商業(yè)活動(dòng)正讓航天航空與普通人更接近。就在2021年，英國(guó)億萬(wàn)富翁理查德·布蘭森和亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯先后進(jìn)行了“太空旅游”。其中，2021年7月11日，理查德·布蘭森搭乘旗下公司維珍銀河的飛船，率先實(shí)現(xiàn)了太空旅游，成為亞軌道商業(yè)飛行領(lǐng)域第一位搭乘自家飛行器前往太空邊緣的企業(yè)創(chuàng)始人。9天后的7月20日上午9時(shí)，貝索斯搭乘旗下公司藍(lán)色起源的飛船“新謝潑德號(hào)”進(jìn)行了該公司的首次載人飛行。鋼鐵俠馬斯克雖然在當(dāng)時(shí)還沒(méi)有進(jìn)行太空旅游的明確計(jì)劃，但他也曾提到過(guò)，將來(lái)某一天會(huì)坐著SpaceX的飛船上火星。圖源：SpaceX航空探索，火箭先行無(wú)論是帶著國(guó)家任務(wù)的航天****，還是能滿足普通民眾飛天夢(mèng)想的太空旅游，人類對(duì)太空的探索正帶動(dòng)以火箭****為代表的航天航空技術(shù)的發(fā)展。以SpaceX為例，數(shù)據(jù)顯示，該公司在2020年完成了26次****，在2021年創(chuàng)紀(jì)錄地完成了31次任務(wù)。到了2022年，SpaceX的****清單共有52次****計(jì)劃。在不久前，馬斯克曾表示，SpaceX的目標(biāo)是在2023年完成100次****任務(wù)。不過(guò)，火箭行業(yè)不是一個(gè)環(huán)境友好的行業(yè)，尤其是超氧化物和高氯酸鹽等有毒化學(xué)物質(zhì)和大量太空垃圾，都會(huì)對(duì)地外空間造成不小的污染。針對(duì)污染最大的火箭燃料，目前有四種主要的不同路線：固體、液氧煤油、液氧甲烷、液氧液氫。此前常用的四氧化二氮與偏二甲肼，由于污染量較大，正在逐步減少中，走向無(wú)毒無(wú)污染已成為大趨勢(shì)，比如長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征八號(hào)、SpaceX ****的獵鷹九號(hào)均使用液氧煤油燃料，SpaceX 研發(fā)的 Starship 則在使用液氧甲烷。在2016年，Space X研發(fā)的“獵鷹”9號(hào)火箭在****成功之后實(shí)現(xiàn)海上回收，標(biāo)志著可回收火箭技術(shù)的重大突破，可回收重復(fù)利用火箭成為航天運(yùn)載領(lǐng)域的熱點(diǎn)。如今獵鷹 9 號(hào)已成為商業(yè)****進(jìn)入地球軌道的主力火箭，得到了商業(yè)、科學(xué)和國(guó)防領(lǐng)域人員的高度信任。據(jù)悉，為了使火箭行業(yè)走向環(huán)境友好，微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨（Bill Gates）所創(chuàng)立的清潔技術(shù)基金 Breakthrough Energy Ventures 曾在去年領(lǐng)投一輪 6500 萬(wàn)美元的融資，以支持位于美國(guó)華盛頓州肯特市的斯托克太空（Stoke Space）公司開(kāi)發(fā)新型完全可重復(fù)使用的火箭。中國(guó)曾參與長(zhǎng)征一號(hào)火箭研制的老專家韓厚健也曾指出，可回收重復(fù)使用是火箭運(yùn)載技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，未來(lái)10年到20年內(nèi)，可能是一次性火箭、部分重復(fù)使用火箭和重復(fù)使用火箭并舉的時(shí)代。圖源：unsplash“可回收火箭”作為航天航空領(lǐng)域的一項(xiàng)突破性技術(shù)，在2016年入選《麻省理工科技評(píng)論》“全球十大突破性技術(shù)”?？v觀過(guò)去20年的“全球十大突破性技術(shù)”，航天領(lǐng)域的發(fā)展促進(jìn)了能源和材料領(lǐng)域的技術(shù)變革，新型的材料也在航天器上大放異彩。比如太陽(yáng)能電池最早被安裝在人造衛(wèi)星上，航空航天領(lǐng)域的巨額資金投入使得太陽(yáng)能電池技術(shù)快速發(fā)展。在能源危機(jī)后的幾十年時(shí)間里，科研人員在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域不斷進(jìn)行技術(shù)革新，取得了許多突破性的進(jìn)展，發(fā)展了一系列新型太陽(yáng)能光伏電池。“太陽(yáng)能熱光伏電池”也在2017年入選“全球十大突破性技術(shù)”。從可回收火箭到太陽(yáng)能熱光伏電池，從超級(jí)星座衛(wèi)星到超高精度定位，對(duì)航天航空領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行精準(zhǔn)而成功的預(yù)測(cè)，在過(guò)去的二十年中屢見(jiàn)不鮮。  

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